水稻生长过程中籽粒水分状态和横向弛豫特性分析

摘要：

[目的]基于低场核磁共振(LF-NMR)技术观察水稻抽穗到成熟过程中籽粒水分状态的变化,探讨淀粉、 蛋白质的积累效应对前者的影响,为水稻品质形成规律提供数据参考.[方法]对抽穗后63 d内的"越光"有机稻间隔采样,测定籽粒的百粒重、 硬度、 水分含量、 淀粉含量和蛋白质含量,比较水稻在抽穗后不同生长时期的整体品质变化,通过LF NMR测定的横向弛豫参数定性和定量地分析籽粒中的水分动态,探讨水稻品质形成过程与水分状态的相关联系.[结果]在抽穗后7-14 d百粒重和淀粉含量增长速率最快,两者表现极显著正相关(P<0.01)籽粒硬度分别与淀粉含量和蛋白质含量都极显著正相关(P<0.01),与水分含量极显著负相关(P<0.01)水分含量在抽穗后7-56 d从57.16%呈指数型下降到22.39%淀粉含量在抽穗后42 d内呈"S"型曲线增长至50.47 g/100 g湿基,蛋白质含量在抽穗后7-49 d线性地增长至峰值6.56 g/100 g湿基.总体而言,水稻籽粒在抽穗后49 d左右整体品质已经形成.LF-NMR反演图谱表明在抽穗后7 d内籽粒部分水分往高自由度方向移动.抽穗后7-21 d,反演曲线整体向左迁移,表征流动性最弱"结合水"的T2b峰出现,表征束缚水的T22峰发生峰的分化现象.4种横向弛豫时间T2b、T21、T22和T23随生长时期而减小,水稻籽粒中的整体氢质子自由度在逐渐降低.抽穗后21 d左右,"结合水"的峰比例超过束缚水和自由水的峰比例总和.籽粒内的水分含量和横向弛豫参数(T2b、T21、T22、T23、A2b、A22和A23)都随生长时期极显著地变化(P<0.01),而且淀粉和蛋白质积累与前者变化具有极显著的相关性(P<0.01)尤其是淀粉充实胚乳细胞,水分子被淀粉颗粒包围或与其中的亲水基团氢键作用,使得整体水分状态向"结合水"的方向迁移.基于对横向弛豫信号的主成分分析,发现抽穗后42 d内不同生长时期的籽粒水分状态差异显著,42 d后整体趋于稳定.[结论]水稻灌浆期间,籽粒内部水分状态与淀粉和蛋白质的积累显著相关;"结合水"的比例逐渐上升,束缚水和自由水的比例显著下降;利用LF-NMR技术可以有效分析抽穗后不同生长时期籽粒的整体水分动态变化.

关键词：水稻、籽粒淀粉积累、水分状态、核磁共振、横向弛豫特性、主成分分析

所属期刊栏目：50

分类号：S51;S15

资助基金：国家自然科学基金31201443;公益性行业粮食科研专项201513002-05;江苏高校优势学科建设工程资助项目

在线出版日期：2017-03-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：240-249